[PPT]_先进PID控制及其MATLAB仿真

控制工程与控制理论课程设计讲座

先进PID控制及其 MATLAB仿真主讲人 付冬梅 自动化系

第1章 数字PID控制 1.1 PID控制原理 1.2 连续系统的模拟PID仿真

1.3 数字PID控制

1.1 PID控制原理 模拟PID控制系统原理框图

1.1 PID控制原理 PID是一种线性控制器，它根据给定值rin(t)与实 际输出值yout(t)构成控制方案：

e(t ) rin (t ) yout (t )

PID的控制规律为: 1 t de(t ) u (t ) k p e(t ) e(t )dt TD 0 T1 dt U ( s) 1 G( s) kp 1 TD s E ( s) T s 1

1.1 PID控制原理 PID控制器各校正环节的作用如下：比例环节：成比例地反映控制系统的偏差信号e(t),偏差 一旦产生，控制器立即产生控制作用，以减小偏差。 积分环节：主要用于消除静差，提高系统的无差度。积 分作用的强弱取决于积分时间常数T,T越大，积分作用 越弱，反之则越强。 微分环节：反映偏差信号的变化趋势，并能在偏差信号 变得太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号， 从而加快系统的动作速度，减少调节时间。

1.2 连续系统的基本PID仿真

1.2.1 基本的PID控制

1.2.2 线性时变系统的PID控制

1.2 连续系统的基本PID仿真以二阶线性传递函数为被控对象，进行模拟 PID控制。在信号发生器中选择正弦信号，仿真 时取Kp=60,Ki=1,Kd=3,输入指令为

rin (t ) A sin(2 ft )

其中，A=1.0,f=0.20Hz 被控对象模型选定为：

133 G ( s) 2 s 25s

1.2 连续系统的基本PID仿真 连续系统PID的Simulink仿真程序

1.2 连续系统的基本PID仿真 连续系统的模拟PID控制正弦响应

1.3 数字PID控制 1.3.1 1.3.2 1.3.3 1.3.4 1.3.5 1.3.6 1.3.7 1.3.8 位置式PID控制算法 连续系统的数字PID控制仿真 离散系统的数字PID控制仿真 增量式PID控制算法及仿真 积分分离PID控制算法及仿真 抗积分饱和PID控制算法及仿真 梯形积分PID控制算法 变速积分PID算法及仿真

1.3 数字PID控制 1.3.9 不完全微分PID控制算法及仿真 1.3.10 微分先行PID控制算法及仿真 1.3.11 带死区的PID控制算法及仿真

1.3.1 位置式PID控制算法按模拟PID控制算法，以一系列的采样时刻点kT代 表连续时间t,以矩形法数值积分近似代替积分， 以一阶后向差分近似代替微分，即： t kT (k 0,1, 2, 3 ) k k t 0 e(t )dt T e( j ) T e( j ) j 0 j 0 de(t ) e(kT ) e((k 1)T ) e(k ) e(k 1) T T dt

1.3.1 位置式PID控制算法 可得离散表达式：TD T k u (k ) k p (e(k ) e( j ) (e(k ) e(k 1))) T1 j 0 T e(k ) e(k 1) k p e(k ) ki e( j )T

kd T j 0k

式中，Ki=Kp/Ti,Kd=KpTd,T为采样周期，K 为采样序号，k=1,2,……,e (k-1)和e (k) 分别为第(k-1)和第k时刻所得的偏差信号。

1.3.1 位置式PID控制算法 位置式PID控制系统

1.3.1 位置式PID控制算法根据位置式PID控制算法得 到其程序框图。 在仿真过程中，可根据实 际情况，对控制器的输出 进行限幅：[-10,10]。

1.3.2 连续系统的数字PID控制仿真 本方法可实现D/A及A/D的功能，符合数字 实时控制的真实情况，计算机及DSP的实时 PID控制都属于这种情况。 采用MATLAB语句形式进行仿真。被控对象 为一个电机模型传递函数： 1 G(s) Js 2 Bs式中，J=0.0067,B=0.10